CNG运输船在船厂码头建造过程风险评估

张 华，李岳洋，张 祎

(1.江苏韩通船舶重工有限公司，江苏 南通 226000；2.江苏现代造船技术有限公司，江苏 镇江 212003； 3.江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江 212003)

CNG运输船在船厂码头建造过程风险评估

张 华1，李岳洋2，张 祎3

(1.江苏韩通船舶重工有限公司，江苏 南通 226000；2.江苏现代造船技术有限公司，江苏 镇江 212003； 3.江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江 212003)

为降低在建CNG(压缩天然气)运输船在船厂码头充装和动车过程中发生火灾爆炸的风险，通过调查研究，分析了CNG运输船在船厂码头充装和动车过程，开展了CNG运输船在码头充装和动车过程的风险识别，给出了影响CNG运输船充装和动车过程的六个安全因素。运用模糊综合评判法，对CNG运输船充装和动车过程进行评价，并给出CNG运输船充装和动车过程的安全防护措施建议。

CNG运输船；船厂码头；风险识别；模糊综合评判；安全防护措施

0 引言

目前，世界首艘CNG运输船已在实施建造，但在建造过程中缺乏相关经验和技术标准。其中，CNG运输船在船厂码头建造的加气和动车过程中所遇到的安全问题，与传统的柴油动力船舶有很大不同，与LNG动力船舶也有不少差异[1]。因此，开展CNG运输船在船厂码头建造过程的作业风险评估，对CNG运输船安全建造有着重大意义。

1 CNG运输船船厂码头充装概述

1.1CNG运输船

由江苏韩通船舶重工有限公司建造的压缩天然气运输船是世界上第一艘商业化的CNG运输船，既是用来运输CNG，又是以CNG为动力燃料的船舶。该船入ABS和BKI双船级。

CNG运输船共装载运输832支高压气瓶，安装在5个货舱中，其中第5货舱共有气瓶132支，分成6个储气单元，各有气瓶22支。6个储气单元中的2个为燃料气单元，共有44支气瓶，总容积为132 m3，主要用于船的动力燃料供应。CNG运输船的燃气瓶属于独立于船体的特殊构造，与机舱隔离，中间设有隔离空舱，安装于独立的第5货舱，机舱与燃料舱处于船体艉部。

CNG运输船总布置如图1所示。

1.2船厂舾装码头

船厂舾装码头由靠船装卸平台、系缆墩、引桥、CNG船舶专用泊位、其他船舶泊位区、CNG槽车区、安保系统及公共设施等组成。船厂码头布局如图2所示。

1.3CNG槽罐车

采用专用的CNG槽罐车给CNG运输船充装燃料。采用20 MPa高压的槽罐车可装气5 000 m3，可以一次性加满CNG运输船的动力气瓶。

1.4CNG船在船厂码头充装过程

CNG船下水后，停泊在舾装码头的CNG船专用泊位。CNG槽罐车停在槽车区对CNG船动力气瓶充装作业，完成充装后，槽罐车驶离舾装码头。

2 CNG运输船充装过程风险识别

2.1充装流程分析

CNG运输船装气过程见图3。图中，装气总管一端连接岸上CNG槽罐车，另一端连接CNG运输船燃料瓶。图2中，在距离槽罐车50 m处设置警戒线，非工作人员一律不得进入警戒线内。此外，槽罐车50 m安全范围内停止无关作业。按照作业规章制度，启动装气作业程序，对CNG船燃料瓶充气。

2.2风险识别

从图3可以看出，CNG运输船充装过程的安全风险主要集中在气瓶、管系、阀件。其风险主要是充装过程中发生气体泄漏引发火灾爆炸事故。

通过对相关文献查阅和研究发现[2]，引发可燃气体发生火灾爆炸事故的必要条件是可燃气体的泄漏和附近火源的存在。同时，由于船厂码头安全措施的不完善，风险不能得到有效控制，导致天然气体浓度达到危险范围是引发火灾爆炸的又一条件。通过对CNG运输船充装过程的充分了解，得出CNG运输船充装过程的三类风险。

2.2.1可燃气体泄漏风险识别

CNG运输船充装过程中可能存在的可燃气体泄漏主要指充装管系(气体阀门、充装管道、气体接头)泄漏、控制器件泄漏、气瓶的泄漏和槽罐车泄漏。气体泄漏原因见表1。

2.2.2火源产生风险识别

火源产生原因见表2。

表1 可燃气体泄漏风险识别

表2 火源产生风险识别

2.2.3避险措施失效风险识别

当CNG运输船发生气体泄漏或产生火源时，船上的可燃气体探测器、报警装置能够快速发出警报，并产生对应的行为，如截止阀、安全阀打开，通风机运转透气等，并且工作人员能迅速采取相应避险措施。当避险措施中的任一环节出现问题，可能导致危险事故的发生。避险措施失效原因见表3。

表3 避险措施失效风险识别

3 在船厂码头动车过程的风险识别

3.1CNG运输船动车过程

CNG船在船厂码头充装完成后，开始动车，一方面CNG燃料瓶给主机供气，另一方面主机燃烧气体向外排出尾气。由于上述两方面都与CNG气体有关，存在气体泄漏危险，需分别对CNG燃料瓶-主机供气过程和排气过程进行风险识别。

3.1.1CNG燃料瓶-主机供气过程

燃料瓶-主机供气过程如图4所示。图中，供气总管一端连接CNG运输船燃料瓶，另一端连接CNG主机。调压器第一次将CNG降压至7.2 MPa，第二次降压至0.6 MPa，经过气体阀组，最后主机启动。文献[3]建议柴油-LNG动力船舶应在90 m以外设置警戒线。考虑CNG船的特殊性，动车时，在距离主机100 m处设置警戒线，码头应该停止与动车过程无关的作业。

3.1.2供气过程风险识别

由于CNG船仍在建造过程中，一些扫尾工作还没有结束，供气系统中的管系、阀门、控制器件、气罐等质量还需要验证，因此，CNG燃料瓶-主机供气过程的安全风险主要集中在阀件、接头。通过对CNG运输船主机供气过程的充分了解，得出CNG运输船主机供气过程的三类风险。

(1)可燃气体泄漏风险识别：对于主机供气过程来说，可燃气体的泄漏主要指阀门、接头，产生这种情况是由于工作人员操作不规范，安装不到位，不能严格遵守规章制度，错误操作，日常检修不到位。

(2)火源产生风险识别：导致天然气发生燃爆的火源很多，其原因见表4。

表4 火源产生风险识别

(3)避险措施失效风险识别：CNG运输船机舱和燃料舱设有可燃气体探测器、报警装置。当发生气体泄漏时，报警装置能够快速发出警报，并产生对应的行为，如切断阀紧急打开，通风机运转透气等，并且工作人员能迅速采取相应避险措施。避险措施失效原因见表5。

表5 避险措施失效风险识别

3.2主机排气过程风险识别

CNG主机排气过程的安全风险主要是气体燃烧不充分，向外排气过程中遇到火源而产生火灾爆炸事故，而产生的火源主要集中在上层建筑安装的各种防爆等级低的设备产生的电火花以及舱室里工作人员抽烟、打手机等；此外，外部环境失火也是火源之一。排气口内可燃气体探测装置以及抽风机等设备原因，由于数量和布置的不合理导致避险措施失效，未能及时采取应急措施，造成不充分燃烧的气体增多，导致可燃气体浓度过高而遇明火爆炸。此外，距离排气口危险区域30 m内仍有舱室在作业，可能导致火源产生，发生事故。

4 充装和动车过程的模糊综合评判

4.1建立因素集

以U代表船厂码头充装和动车过程的安全因素所组成的集合：

U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}

式中：u1为船舶因素；u2为船舶槽罐车因素；u3为管系设备因素；u4为人员因素；u5为管理因素；u6为环境因素。

4.2建立评语集

以V代表评判等级所组成的集合：

V={v1,v2,v3,v4,v5}

式中：v1为高度危险；v2为中度危险；v3为一般危险；v4为较低危险；v5为低危险。

评价指标对应的值为V={0.5,0.4,0.3,0.2,0.1}。

4.3确定权重A

采用DELPHI法由10位专家利用1～9标度法进行各因素重要度打分，并利用AHP法计算各指标的权重A，进行一致性检验。计算得到各因素的权重见表6。

表6 各因素权重

4.4模糊综合评判

由专家对船厂码头安全措施进行打分得到专家综合评判表，其结果见表7。

表7 专家综合评判表

由表7的评判结果构成模糊评判矩阵：

B=(0.012 3,0.054 4,0.168 9,0.397 6,0.366 8)

根据模糊综合评判集B所得的结果，按照最大隶属度原则，可以得出CNG运输船在船厂码头充装和动车过程的危险级别处于低危险和较低危险之间。由此可见，CNG运输船在充装和动车过程中的风险是可以控制的。

5 风险控制措施

(1)船舶因素风险控制建议：在燃料舱和机舱合理布置气体探测器位置，工作人员应按时检查气体探测装置，并做好记录，排除安全隐患；排气管内应设置抽风机，加速尾气的排放和扩散。

(2)槽罐车因素风险控制建议：在槽罐车自身充装前应严格检查罐体、管路无损坏，接头连接是否正常和各种阀件能否正常工作；确认CNG槽罐车的气罐压力是否满足充装条件。

(3)管系设备因素风险控制建议：严格把控管道、阀门、控制器件、接头等质量关。在充装前，应严格检查压力管道有无损坏问题，确认设备接地良好；检查流量计能否正常工作，安全阀有无问题；控制CNG气瓶充量，防止过充导致超压断裂。

(4)人员因素风险控制建议：对参与CNG运输船充装和动车过程的作业人员开展安全与专业知识培训并实施考核制度，培养他们的职业素养和专业技能[5]。

(5)管理因素风险控制建议：加强对CNG运输船和其他船舶的监管力度，重视CNG运输船安全监管人才的培养，加大对CNG运输船安全管理的研究，不断完善CNG运输船充装和动车过程应急处理预案。

(6)环境因素风险控制建议：如果闲杂人员越过警戒区或码头仍有船舶作业，则可能增加CNG船在充装和动车过程中的安全风险，故在充装和动车时需要加强码头安保措施，避免事故的发生。

6 结语

本文以CNG运输船为研究对象，运用模糊综合评判方法对CNG运输船充装和动车过程进行了评判，根据评判结果，按照最大隶属度原则，得出危险级别处于低危险和较低危险之间，这一结果说明CNG运输船在充装和动车过程中的风险是可以控制的。

[1] 管义锋,朱玥,史腾飞.基于FSA方法的柴油-LNG双燃料动力船舶加注过程风险评估[J].中国水运, 2012(5):2-3.

[2] 朱培培.内河柴油-LNG双燃料动力船舶风险分析[D].镇江：江苏科技大学,2014:22-24.

U673.4

A

江苏省科技成果转化专项资金(BA2015042)

2017-05-21

张华(1966—)，男，高级工程师，主要从事风电安装平台、节能型散货船以及压缩天然气运输船等设计与制造研究。